热工控制系统

1热工控制系统B思考题与习题第一章控制系统概述1.什么叫自动控制系统？2．自动控制系统主要由哪几部分组成？每一部分的作用是什么？3．控制对象、被控制量、控制量和给定值是如何定义的？请举例说明。4．自动控制系统的主要分类方法有哪几种？说明各种分类方法的特点，指出各种分类方法所包括的系统是什么？各系统的特点是什么？5．什么叫前馈控制系统？什么叫反馈控制系统？6．什么叫反馈？什么叫负反馈？7、什么叫定值控制系统？对定值控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的定值控制系统。8．什么叫随动控制系统？对随动控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的随动控制系统。9．、对一个实际控制系统如何实现负反馈？10．说明汽包锅炉有哪些被控制量？相应的控制量、控制机构有哪些？锅炉运行过程中被控制量可能会受到哪些扰动？11．控制过程的基本形式有哪几种？它们各有什么特点？如何根据控制过程曲线来检验控制系统是否满足基本要求？哪种控制过程的基本形式符合热工控制过程的要求，给出稳定性指标的范围。12．通常从哪三个方面衡量自动调节系统的工作品质，表示调节系统的工作品质的指标有哪几个？如何兼顾这些指标？13．举出反馈控制系统的实例，指出被控制量、控制量、控制机构、给定值、扰动，画出控制系统的示意图。14．水位自动控制系统的两种方案如下图所示，在运行中，希望水位高度H维持不变：（1）说明各系统的工作原理。（2）画出各系统的方框图，并说明控制对象、被控制量、给定值、扰动各是什么？（3）试说明两系统各属于何种结构的控制方式。（4）当水箱出口水流量q2变化时，各系统能否使水位高度保持不2变？试从原理上定性说明。第二章控制对象的动态特性31．为什么要研究对象动态特性？2．热工控制对象一般有哪几种类型？每种类型的特点是什么？写出相对应的传递函数。3．热工控制对象的特征参数有哪些？是如何定义的，物理意义是什么？4．写出表示有自平衡能力对象动态特性的两套特征参数和它们之间的关系。5．写出表示无自平衡能力对象动态特性的两套特征参数和它们之间的关系。6．在有、无自平衡能力对象的阶跃响应曲线上标出特征参数，写出相对应的传递函数。7．指出控制对象的结构参数对动态特性的影响。8．热工控制对象动态特性的特点是什么？9．在测定被控对象阶跃响应曲线时，要注意哪些问题？10．写出用现场实验方法求取被控对象的阶跃响应曲线的主要步骤？11．用试验方法测得锅炉过热汽温在喷水量阶跃变化时的响应曲线，喷水量的阶跃变化量ΔX=2吨/时，从阶跃响应曲线上量得y（∞）=18OC，特征参数τ=63Tc=153写出此汽温对象以喷水量为输入，写出汽温y（t）为输出的近似传递函数。12．用试验方法测得锅炉汽包水位的阶跃响应曲线，给水流量作为输入信号，已知给水阶跃变化量ΔX=15吨/时，从阶跃响应曲线上量得τ（ta）=30秒，Oh=13.5mmH20，y（ta）=4.32mmH20，写出y（t）为输出的近似传递函数。13．有一水槽，其截面积F为0.5m2，流出侧阀门阻力实验结果为:当水位H变化20cm时,流出侧变化为1000cm3/s。试求流出侧阀门阻力R,并计算该水槽的时间常数T。第三章控制仪表及调节器的控制规律1．电厂用到的控制仪表按结构形式分类有几种形式?其特点是什么?2.比例,积分,微分三种调节作用是什么?其调整原则是什么?3.为什么工业生产中很少采用纯积分作用的调节器?44.为什么工业生产不采用纯微分作用的调节器?5.比例,积分,微分三种调节作用的特点是什么?6.比例积分调节器和比例微分调节器,各有何特点?7.如何根据调节对象特性选择调节器的调节规律?8.积分调节对象应采用什么调节器进行控制?9.要使PID调节器为比例规律,其积分时间Ti和微分时间Td应如何处理?10．有哪几种常用的调节器?写出相应的传递函数表达式。11．若要增强PID调节器的控制作用，如何调整比例带δ,积分时间Ti和微分时间Td?第四章单回路控制系统1.什么叫单回路控制系统？2.如何选择单回路调节器的正反作用?3.试分析被控对象的控制通道和扰动通道对控制质量的影响？4.调节器参数δ、Ti、TD对控制过程有什么影响？5.什么叫单回路控制系统调节器参数整定？目前有哪些主要的整定方法？6.由调节器W(s)和广义对象W0(s)组成的单回路控制系统中，已知对象的传递函数W0(s)=1/(1+T0s)2,T0=20s;若调节器比例作用（W(s)=1/δ）试求Ψ=0.75时（或ζ=0.216），调节器的参数δ值。7.给定控制对象的传递函数为W0(s)=12/(2+5s)(1+3s)，采用比例调节器（1/δ）。试按ψ=0.75（或ζ=0.216）来整定调节器的参数。8.给定控制对象的传递函数为W0(s)=1/(1+20s)3，采用比例调节器。试按ψ=0.75的要求来整定调节器的参数.9.给定控制对象的传递函数为W0(s)=1.5/(1+2s)3，采用比例积分调节器。试按ψ=0.75,ts=最小的要求来整定调节器的参数(提示:取wPI=wP/1.1).10.给定控制对象的传递函数为W0(s)=1/(1+20s)3，采用比例积分调节器。试按ψ=0.75,ts=最小的要求来整定调节器的参数(提示:取wPI=wP/1.15).11.给定控制对象的传递函数为W0(s)=2/(1+10s)(1+2s)，采用比例微分调节器[W(s)=(1+Tds)/δ]。试按ψ=0.75和静态偏差为最小的要求5来整定调节器的参数(提示:消去对象的传递函数中的最大极点)。12.给定控制对象的传递函数为W0(s)=W0(s)=1/(1+20s)3，采用比例微分调节器[W(s)=(1+Tds)/δ]。试按ψ=0.75和静态偏差为最小的要求来整定调节器的参数(提示:消去对象的传递函数中的最大极点)。13.什么叫动态特性参数法、临界比例度法、衰减曲线法和经验法？试比较其特点？14．四种工程整定方法是怎样确定控制器参数的?它们各适用于什么样的场合?15.在单回路系统中，已知对象的传递函数为W0(s)=1/(1+20s)3用动态特性参数法整定调节器参数，测量得τ=16s,Tc=74s,自平衡率ρ=1，如果调节器为P、PI，PD试求ψ=0.75时，调节器的整定参数值。16．某自动控制系统要求用临界比例带法整定控制器参数δ、Ti、Td。已知δKP=30%、TKP=60s、β=1.73。17．某自动控制系统要求用衰减曲线法整定控制器参数δ、Ti、Td。已知ψ=0.75δs=20%、Ts=300s、β=1。18.某自动控制系统要求用响应曲线法整定控制器参数δ、Ti、Td。已知ψ=0.75τ=120s、Tc=120s、K=1.5、β=1.07。19.对已运行调节系统,如何进行最佳整定?20.对某过程控制通道做一阶试验，输入阶越信号Δμ=5，阶跃响应记录数据增加表如图所示。（1）若过程用一阶加纯时延环节来描述，试求K0、T0、τ0（2）采用动态特性参数法整定调节器参数，求δ、Ti、Td。时间分0510152025303540被控量y0.6500.6510.6520.6680.7350.8170.8810.9791.075时间分455055606570758085被控量y1.1511.2131.2391.2621.3111.3291.3381.3501.35121．单回路系统中其它参数不变，仅加大PI调节器的积分作用。（1）在相同的外界阶跃扰动下，最大动态偏差是否增大?振荡是否加剧?（2）为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当调整δ，问δ应调大还是调小?22．单回路控制系统组成如图4所示。整定该比例微分调节器的调节参数δ、Td，使系统过渡过程具有=0.75(=0.216,m=0.221)，静6态偏差最小的性能。23．单回路控制系统组成如图5所示。整定该比例调节器的调节参数δ，使系统过渡过程具有=0.75(=0.216,m=0.221)。调节对象传递函数和Ta的数值已知，单位为秒。24.在某锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，故汽包液位是一个十分重要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引起生产事故（甚至会产生爆炸危险），故设计下图液位控制系统，试画出该系统的方框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式。C(S)sTd113)201(8SR(S)-0.1Y(S)图4C(S)1saeS10.1R(S)-图57第五章串级控制系统1.什么叫串级控制系统？2.串级控制系统的结构特点是什么？3.串级控制系统有哪些主要特点？什么情况下可考虑设计串级控制？4.串级控制系统中的副变量如何选择？5．火电厂哪些系统常采用串级控制系统？6．串级控制系统为什么比单回路控制系统的控制质量好？7．串级控制系统中的主、副调节器的正、反作用如何选择它们与阀门的开关形式有无关系？8．在一个串级控制系统中，原来选用口径为20mm的气开阀，后来改为口径为32mm的气关阀，问（1）主、副调节器的正、反作用是否改变？为什么？（2）副调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？（3）主调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？9．在一个串级控制系统中，主变量是温度，温度变送器量程原为0～200℃，后来改为80～120℃，问（1）副调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？（2）主调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？第六章前馈控制系统1．什么叫前馈控制系统？2．前馈控制系统的特点是什么？3．前馈控制的局限性有哪些？4.为什么前馈控制能改善控制质量？5．前馈控制与反馈控制的区别是什么？6．什么叫系统前馈-反馈（复合）控制系统？7．前馈-反馈控制对扰动的补偿条件与前馈控制一样吗？试证明。8．是否可用普通的PID控制器作为前馈控制器？为什么？9．在什么条件下前馈效果最好？810．为什么一般不单独使用前馈控制方案？11．前馈-反馈（复合）控制具有哪些优点？第七章比值控制系统1、什么叫比值控制系统？请举例说明2.比值控制系统有哪几种分类方法？3、有哪几类闭环比值控制系统？各适用于什么情况？4．比值控制系统的特点是什么？第八章大迟延控制系统1．实现Smith预估补偿控制有何意义？2．说明Smith预估补偿的原理。3．画出Smith预估补偿控制原理图，推导出Smith预估补偿器的传递函数。4．有哪几种Smith预估补偿控制方案，各有什么特点？第九章解耦控制系统1.实现解耦控制有何意义？2.什么叫耦合？3．什么叫解耦？4．有哪几种常用的解耦控制方法？各有什么特点？5．相对增益矩阵有什么实用意义？6．关联系统解耦的条件是什么？9第十章汽包锅炉蒸汽温度控制系统1．对过热蒸汽温度控制质量有哪些要求？2．过热蒸汽温度控制的任务是什么？3.写出过热蒸汽控制系统的被调量，常用的调节手段。4.说明过热蒸汽控制对象的动态特性的特点。5.影响过热蒸汽温度变化的因素有哪些？6．采用导前微分信号的双冲量过热蒸汽温度控制系统中的导前信号及其作用？7．采用导前微分信号的双冲量过热蒸汽温度控制系统，在导前微分信号中断时系统能否正常工作？8．串级过热蒸汽温度控制系统中，中间汽温信号中断时，控制系统能否正常工作？9．大型锅炉过热蒸汽温度控制为什么要采用分段控制？在什么情况下采用按温差的分段控制系统？10．再热汽温有哪些控制方法，每种控制方法的特点是什么？第十一章汽包锅炉给水控制系统1．对汽包锅炉水位调节质量有哪些要求？2．给水调节的任务是什么？3.影响汽包水位变化的因素有哪些？4．画出给水控制对象的动态特性，说明给水控制对象的动态特性的特点。5.虚假水位现象是怎样形成的？什么叫虚假水位，6.如何克服虚假水位？7.三冲量控制系统的组成及特点？8．三冲量系统中内回路怎样分析？9．内回路中ζ和Ti怎样选取？10．怎样选择蒸汽流量分流系数？1011．串级的三冲量给水系统的特点？12．为什么附加蒸汽流量负微分前馈信号，能改善水位控制质量？13．单级三冲量与串级三冲量给水控制系统当突然失去蒸汽流量信号以后，水位将怎样变化？能否